Download - Teknologi Perkakas Pemotong
C – TEKNOLOGI PERKAKAS PEMOTONG1. Umur pahat 2. Bahan pahat3. Geometri pahat4. Fluida permesinan
Teknologi Perkakas Dua aspek penting: 1. Material pahat 2. Geometri pahat
Tiga model kegagalan pahat1. Kegagalan Patah (Fracture
failure) ◦ Gaya potong menjadi berlebihan
dan/atau dinamis, yang mengarah ke patah getas
2. Kegagalan suhu (Temperature failure)◦ Suhu pahat terlalu tinggi untuk bahan
pahat3. Keausan Bertahap (Gradual
wear)◦ Keausan bertahap pada pahat
Model yang lebih disukai: keausan bertahapGagal patah dan gagal suhu keduanya
adalah kegagalan prematurKeausan bertahap lebih disukai karena
ianya mengarah pada kemungkinan penggunaan pahat yang lebih lama.
Keausan bertahap terjadi pada dua lokasi pada pahat: ◦ Crater wear – terjadi pada permukaan atas
(rake)◦ Flank wear – terjadi pada flank (sisi samping
pahat)
Diagram keausan pahat, menunjukkan lokasi prinsipil dan jenis keausan yang terjadi
Keausan pahat
Crater wear, (atas), dan flank wear (kanan) pada pahat cemented carbide, seperti terlihat pada sebuah toolmaker's
Keausan pahat sebagai fungsi waktu pemotongan. Flank wear (FW) dipakai sebagai ukuran keausan pahat di sini. Crater wear memiliki kurva pertumbuhan curva yang.
Keausan pahat vs. waktu
Efek kecepatan potong terhadap tool flank wear (FW) untuk tiga kecepatan yang berbeda, menggunakn kriteria umur pahat 0.50 mm flank wear.
Efek kecepatan potong
Plot Natural log‑log kecepatan potong vs umur pahat
Umur Pahat vs. kecepatan potong
Persamaan Umur Pahat TaylorHubungan diberikan oleh F.
W. Taylor CvT n Dengan v = kecepatan potong; T = umur pahat; n dan C adalah parameter yang bergantung pada pemakanan, kedalaman potong bahan BK, bahan pahat dan kriteria umur pahat yang digunakan n adalah slope/kemiringan dari plot C adalah intersep pada sumbu kecepatan pada umur pahat satu menit
Kriteria umur pahat pada produksi
1. Kegagalan komplit pada ujung pahat2. Inspeksi visual dari flank wear (atau
crater wear) oleh operator3. Fingernail test (uji kuku jari) melintang
ujung pahat4. Perubahan suara yang dipancarkan oleh
operasi5. Tatal berubah seperti pita, memanjang
dan sulit dibuang6. Degradasi permukaan akhir7. Naiknya daya8. Jumlah benda kerja9. Waktu pemotongan kumulatif
Bahan PahatMode kegagalan pahat
mengindifikasi sifat penting yang harus dimiliki bahan pahat:◦ Toughness /ketangguhan ‑ untuk
menghindari kegalan patah◦ Hot hardness ‑ kemampuan untuk tetap
keras pada sudu tinggi◦ Wear resistance ‑ kekerasan adalah sifat
terpenting untuk menhan abrasi (pengikisan)
Hot HardnessTipikal hubungan hot
hardness untuk bahan pahat terpilih. Plain carbon steel menunjukkan kehilangan keras dengan cepat seiring kenaikan suhu. High speed steel menunjukkan performa yang lebih baik, sementara cemented carbides dan ceramics secara nyata lebih keras pada suhu tinggi.
Tipikal nilai n dan C Tool material n C (m/min) C (ft/min)
High speed steel:Non-steel work 0.125 120 350Steel work 0.125 70 200
Cemented carbideNon-steel work 0.25 900 2700Steel work 0.25 500 1500
CeramicSteel work 0.6 3000 10,000
High Speed Steel (HSS) Baja paduan tinggi mamapu
mempertahankan kekerasan pada suhu tinggi lebih baik dari baja karbon tinggi dan baja paduan rendah steels
Salah satu bahan pahat yang terpenting Sangat sesuia diterapkan untuk geometri
pahat yang rumit, seperti drills, taps, milling cutters, dan broaches
Dua tipe dasar (AISI)1. Tungsten‑type, designated T‑ grades (jenjang T)2. Molybdenum‑type, designated M‑grades (jenjang
M)
Komposisi High Speed SteelTipikal isi paduan:
◦ Tungsten dan/atau Molybdenum◦ Chromium d anVanadium◦ Carbon, tentunya◦ Cobalt pada jenjang tertentu
Komposisi tipikal (Grade T1):◦ 18% W, 4% Cr, 1% V, and 0.9% C
Cemented Carbides Kelas bahan pahat keras berbasis
pada tungsten carbide (WC) menggunakan teknik metalurgi serbuk dengan cobalt (Co) sebagai binder
Dua tipe dasar:1. Non‑steel cutting grades - hanya WC‑Co2. Steel cutting grades - TiC dan TaC
ditambahkan ke WC‑Co
Cemented Carbides – sifat umumcompressive strength tinggi, namun
tensile strength rendah sd. menengah
Kekerasan tinggi (90 - 95 HRc)hot hardness baguswear resistance bagusKonduktivitas thermal tinggiModulus elastisitas tinggi 600 x 103 MPaKetangguhan lebih rendah daripada
high speed steel
Non‑steel Cutting Carbide Grades Dipakai untuk logam nonfero besi
tuang kelabuSifat ditentukan oleh ukuran butir
kandungan cobalt◦ Jika ukuran butir meningkat, kekerasan dan
hot hardness turun, tetapi ketangguhan naik
◦ Jikan kandungan cobalt meningkat, ketangguhan meningkat seiring kekerasan dan ketahanan aus.
Steel Cutting Carbide Grades
Digunakan untuk baja karbon rendah, baja tahan karat dan baja paduan lainnya
TiC dan/atau TaC disubstitusikan untuk bbrp WC
Kompoisisi meningkatkan ketahanan crater wear untuk memeotong baja◦ Namun sebailknya memengaruhi ketahanan
flank wear untuk memotong non baja
Cermets Kombinasi dari TiC, TiN, dan titanium
carbonitride (TiCN), dengan nickel dan/atau molybdenum sebagi binders.
Bebapa kimia lebih rumitAplikasi: penghalusan cepat dan
semifinishing untuk baja, stainless steels, dan besi tuang ◦ speeds lebih tinggi dan feed lebih rendah dari pada
steel‑cutting carbide grades ◦ Permukaan akhir lebih bagus bisa dicapai,
seringkali menghilangkan kebutugan untuk penggerindaan
Coated Carbides Cemented carbide insert coated dengan
satu atau lebih lapisan tipis bahan tahan aus, seperti TiC, TiN, dan/atau Al2O3
Pelapisan diterapkan dengan chemical vapor deposition atau physical vapor deposition
Tebal pelapisan = 2.5 ‑ 13 m (0.0001 to 0.0005 in)
Aplikasi: besi tuang dan baja untuk pembubutan dan pemfrisan
Paling baik diterpakan pada kecepatan tinggi ketika gaya dinamis dan gaya kejut thermal rendah
Coated Carbide ToolPhoto micro penampang lintang pelapisan jamak pada cemented carbide tool
Ceramics Pada dasarnya Al2O3 butir halus ditekan
dan disinter pada suhu tinggi ke bentuk sisipan “insert” tanpa binder
Aplikasi: pembubutan kecepatan tinggi untuk besi tuang dan baja
Tidak direkomendaikan untuk pemotongan dengan interupsi tinggi (mis. Pemfrisan kasar) karena ktengguhannya rendah
Al2O3 juga dipaki secara luas pada penggerindaan abrasif
Synthetic Diamonds (Intan Sintetis)
Sintered polycrystalline diamond (SPD) – difabrikasi dengan penyinteran kristal intan dengan butiran sangat bagus dibawah suhu dan tekanan tinggi ke bentuk yang diinginkan dengan sedikit atau tanpa binder
Biasanya digunakan sebagai pelapisan (tebal 0.5 mm) pada pahat sisipan WC-Co
Aplikasi: permesinan kecepatan tinggi pada fiberglass, graphite, dan kayu◦ Tidak untuk memotong baja
Cubic Boron Nitridecubic boron nitride (cBN) adalah
bahan terkeras setelah intanFabrikasi menjadi pahat sisipan
sama seperti SPD: pelapisan atas pahat sisipan WC‑Co
Aplikasi: baja permesinan dan paduan berbasis nickel
Pahat SPD dan cBN keduanya mahal
Geometri PahatDua kategori: Single point tools (pahat
matatunggal)◦ Untuk pembubutan, peluasan luabnag,
penyekrapan dan pengetamanMultiple cutting edge tools
(pahat mata potong jamak)◦ Digunakan untuk penggurdian,
reaming, tapping, pemfrisan, broaching, dan penggergajian
Twist Drill
Ujung twist drill mempunyai dua pemotong
Sudut ujung pada twist drill konvensional adalah 118°
Margins adalah ujung luar dari alur (flutes) dan selalu digerinda menyesuaikan diameter drill
Twist DrillsFitur penting pada penggurdian adalah
veriasi kecepatan potong sepanjang ujung pemotong. Kecepatan maksimum pada selubung luar, yang membangkitakan permukaan silindris, dan mendekati nol pada pusat puataran drill ketika ujung pemotong diputar ke bentuk pahat
Drills are slender, highly stressed tools, the flutes of which have to be carefully designed to permit chip flow while maintaining adequate strength.
Twist Drill Operation - ProblemsChip removal
◦ Flutes must provide sufficient clearance to allow chips to be extracted from bottom of hole during the cutting operation
Friction makes matters worse◦ Rubbing between outside diameter of drill
bit and newly formed hole ◦ Delivery of cutting fluid to drill point to
reduce friction and heat is difficult because chips are flowing in opposite direction
Cutting FluidsAny liquid or gas applied directly to machining operation to
improve cutting performance Two main problems addressed by cutting fluids:
1. Heat generation at shear and friction zones 2. Friction at tool‑chip and tool‑work interfaces
Other functions and benefits:◦ Wash away chips (e.g., grinding and milling)◦ Reduce temperature of workpart for easier handling◦ Improve dimensional stability of workpart
Cutting Fluid FunctionsCutting fluids can be classified
according to function:Coolants - designed to reduce
effects of heat in machiningLubricants - designed to reduce
tool‑chip and tool‑work friction
CoolantsWater used as base in
coolant‑type cutting fluidsMost effective at high cutting
speeds where heat generation and high temperatures are problems
Most effective on tool materials that are most susceptible to temperature failures (e.g., HSS)
Lubricants Usually oil‑based fluidsMost effective at lower cutting
speedsAlso reduce temperature in the
operation
Dry MachiningNo cutting fluid is usedAvoids problems of cutting fluid
contamination, disposal, and filtration
Problems with dry machining:◦ Overheating of tool◦ Operating at lower cutting speeds and
production rates to prolong tool life◦ Absence of chip removal benefits of cutting
fluids in grinding and milling
Gear Cutting Gear cutting is the process of creating a gear. The
most common processes include hobbing, broaching, and machining; other processes include shaping, forging, extruding, casting, and powder metallurgy.
Hobbing is a machining process for making gears, on a hobbing machine,
The teeth or splines are progressively cut into the workpiece by a series of cuts made by a cutting tool called a hob.
Compared to other gear forming processes it is relatively inexpensive but still quite accurate, thus it is used for a broad range of parts and quantities
Hobbing
Hobbing ProcessThe two shafts are rotated at a
proportional ratio, which determines the number of teeth on the blank; for example, if the gear ratio is 40:1 the hob rotates 40 times to each turn of the blank
The hob is then fed up into workpiece until the correct tooth depth is obtained.
Finally the hob is fed into the workpiece parallel to the blank's axis of rotation
Hobbing Process Hobbing uses a hobbing machine
with two non-parallel spindles, one mounted with a blank workpiece and the other with the hob.
The angle between the hob's spindle and the workpiece's spindle varies, depending on the type of product being produced.
If a spur gear is being produced, then the hob is angled equal to the helix angle of the hob; if a helical gear is being produced then the angle must be increased by the same amount as the helix angle of the helical gear
Video – Gear Hobbing
HobThe hob is the cutter used to cut the
teeth into the workpiece. It is cylindrical in shape with helical
cutting teeth. These teeth have grooves that run the length of the hob, which aid in cutting and chip removal.
The cross-sectional shape of the hob teeth are almost the same shape as teeth of a rack gear that would be used with the finished product